CN216160039U - 一种热电偶测温电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热电偶测温电路，包括：包括检测模块、第一信号选择模块、信号处理模块、第二信号选择模块、AD转换模块、基准电压模块及处理器，信号处理模块包括信号放大单元及负电源单元；本实用新型使用了高集成度、高精度的信号处理模块，避免了运放电路带来的误差和外部干扰，不需另外进行冷端补偿，避免了冷端补偿电路带来的误差；在检测模块的后端采用了第一信号选择模块，在需要多点测温的情况下，可接多路热电偶，适用性大大提高；此外，还采用高精度的基准电压模块为信号处理模块、第二信号选择模块及AD转换模块提供参考电压，不仅提高了测量精度，还可抵消电路偏移引起的误差，有较好的经济效益及社会效益。

Description

一种热电偶测温电路

技术领域

本实用新型涉及一种温度检测技术领域，特别是涉及一种热电偶测温电路。

背景技术

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，由于热电偶能直接与被测对象接触，不受中间介质的影响；测量范围广，常用的热电偶从-50～+1300℃均可连续测量；测量精度高、构造简单、使用方便等优势被广泛运用于包括制冷、制热、化工、冶金、机械的各领域。

现有的热电偶测温电路一般由运算放大器构成，包括信号放大电路、零点调整电路、冷端补偿电路组成、AD转换电路。

由运放组成的电路，有以下缺点：

1、容易受到外部电磁干扰使测量不准确，产品不能做到测量准确度上的统一，使用时需要手动调整零点和冷端补偿电阻值；

2、由于运放自身的噪声和零点漂移及各元器件之间存在的误差，产生误差后不能进行零点漂移的自动校准，长期使用后会产生一定的漂移使测量精度降低；

3、多路测温的情况下每一路输入都需要一个放大电路，使制造成本增加，并增加了维护成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种热电偶测温电路，用于解决现有技术中需要手动调整零点和冷端补偿电阻值、长期使用后会产生一定的漂移使测量精度降低、制造和维护成本增加的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种热电偶测温电路，包括：检测模块、第一信号选择模块、信号处理模块、第二信号选择模块、AD转换模块、基准电压模块及处理器，所述信号处理模块包括信号放大单元及负电源单元；

所述检测模块的输入端与外接的多个热电偶连接，输出端与所述第一信号选择模块的输入端连接，所述第一信号选择模块的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，

所述负电源单元的输入端与所述基准电压模块的输出端连接，输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元、所述负电源单元及所述基准电压模块的输出端分别与所述第二信号选择模块的输入端连接，所述第二信号选择模块的输出端与所述AD转换模块的输入端连接，所述AD转换模块的输入端还与所述基准电压模块的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与所述处理器的输入端连接，

所述处理器还分别与所述第一信号选择模块、所述第二信号选择模块及所述 AD转换模块的控制端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述检测模块包括多个温度检测单元，各所述温度检测单元的输入端分别与相应的热电偶连接，所述温度检测单元包括连接件 J1、多个电阻及多个电容；

连接件J1的输入端与热电偶连接，输出端的第一引脚分别与电阻R2、电容 C2及电阻R3的一端连接，第二引脚分别与电阻R1、电容C1的一端连接，电阻R2、电容C2及电容C1的另一端接地，电阻R1的另一端与电容C3的一端连接，电阻R3的另一端与电容C3的另一端连接，电容C3的两端还分别与所述第一信号选择模块的输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第一信号选择模块包括第一选择单元及第二选择单元；

各所述温度检测单元的电容C3的一端与所述第一选择单元的输入端连接，电容C3的另一端与所述第二选择单元的输入端连接；

所述第一选择单元及所述第二选择单元的控制端与所述处理器连接，输出端与所述信号放大单元的输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第一选择单元包括多路选择开关U1，所述第二选择单元包括多路选择开关U2；

多路选择开关U1及多路选择开关U2的三个选择端与所述处理器连接，多路选择开关U1的信号输入端与各所述温度检测单元的电容C3的一端连接，多路选择开关U2的信号输入端与各所述温度检测单元的电容C3的另一端连接，

多路选择开关U1及多路选择开关U2的信号输出端与所述信号放大单元的输入端连接，

多路选择开关U1及多路选择开关U2的正电源端与正电源V连接，负电源端、接地端及使能端均接地。

于本实用新型的一实施例中，所述信号放大单元包括运算放大器U3、电阻 R4及电容C4；

运算放大器U3的同相输入端与所述第一选择单元的输出端连接，反相输入端与所述第二选择单元的输出端连接，所述第二选择单元的检测引脚及输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与电容C4的一端及所述第二信号选择模块的一个输入端连接，电容C4的另一端与基准电压端、所述第二信号选择模块的另一个输入端及负电源单元的输出端连接，运算放大器U3的正电源端与正电源V连接，负电源端接地。

于本实用新型的一实施例中，所述负电源单元包括运算放大器U4，运算放大器U4的同相输入端与所述基准电压模块的输出端连接，反相输入端与输出端连接后与所述信号放大单元的输入端连接，输出端与负电源端之间串接有电容 C5，正电源端与正电源V连接，负电源端接地。

于本实用新型的一实施例中，所述基准电压模块包括参考源芯片U7、电容 C8及电容C9，参考源芯片U7的电源输入端接正电源V，接地端接地，电源输出端分别与电容C8的正极端及电容C9的一端连接，电容C8的负极端及电容C9的另一端接地，电源输出端还分别与所述负电源单元、所述第二信号选择模块及所述AD转换模块的输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第二信号选择模块包括多路选择开关U2；

多路选择开关U1的两个选择端与所述处理器连接，第一组信号输入端分别与所述基准电压模块及所述负电源单元的输出端连接，第二组信号输入端分别与所述信号放大单元及所述负电源单元的输出端连接，第三组信号输入端与所述负电源单元的输出端连接，

多路选择开关U2的两个信号输出端与所述AD转换模块的输入端连接，

多路选择开关U2的正电源端与正电源V连接，多路选择开关U2的负电源端、接地端和使能端均接地。

于本实用新型的一实施例中，所述AD转换模块包括AD转换芯片U6、电容C6、电容C7及晶振Y1；

电容C6及电容C7的一端接地，电容C6的另一端分别与晶振Y1的一端及AD转换芯片U6的时钟输入端连接，电容C7的另一端分别与晶振Y1的另一端及AD转换芯片U6的晶振驱动端连接，AD转换芯片U6的参考电压端与所述基准电压模块的输出端连接，AD转换芯片U6的两个模拟信号输入端分别与所述第一信号选择模块的两个信号输出端连接，AD转换芯片U6的数字电源端及模拟电源端分别与正电源V连接，AD转换芯片U6的数字接地端及模拟接地端分别接地，AD转换芯片U6的片选端、串行数据输入端、串行数据输出端、同步脉冲输入端及数据准备就绪信号输出端分别与所述处理器的相应引脚连接。

如上所述，本实用新型的一种热电偶测温电路，具有以下有益效果：使用了高集成度、高精度的信号处理模块，避免了运放电路带来的误差和外部干扰，不需另外进行冷端补偿，避免了冷端补偿电路带来的误差；在检测模块的后端采用了第一信号选择模块，在需要多点测温的情况下，可接多路热电偶，适用性大大提高；此外，还采用高精度的基准电压模块为信号处理模块、第二信号选择模块及AD转换模块提供参考电压，不仅提高了测量精度，还可抵消电路偏移引起的误差；本实用新型设计合理，能检测多点温度，且检测的温度精度高，有较好的经济效益及社会效益。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例中公开的整体结构框图。

图2显示为本实用新型实施例中公开的温度检测单元的接线示意图。

图3显示为本实用新型实施例中公开的第一选择单元的接线示意图。

图4显示为本实用新型实施例中公开的第二选择单元的接线示意图。

图5显示为本实用新型实施例中公开的信号放大单元的接线示意图。

图6显示为本实用新型实施例中公开的负电源单元的接线示意图。

图7显示为本实用新型实施例中公开的第二信号选择模块的接线示意图。

图8显示为本实用新型实施例中公开的基准电压模块的接线示意图。

图9显示为本实用新型实施例中公开的AD转换模块的接线示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本实用新型提供一种热电偶测温电路，包括：检测模块、第一信号选择模块、信号处理模块、第二信号选择模块、AD转换模块、基准电压模块及处理器。

检测模块包括多个温度检测单元，各温度检测单元的输入端分别与相应的热电偶连接，输出端与第一信号选择模块的输入端连接。

请参阅图2，温度检测单元包括连接件J1、多个电阻及多个电容；连接件J1 是热电偶输入接口，连接件J1的第一引脚与电阻R2连接，电阻R2为下拉电阻，用来检测热电偶是否接入。热电偶的检测信号经过电容C1、电容C2滤波后，再经电容C3输入第一信号选择模块的输入端。

请参阅图1，第一信号选择模块包括第一选择单元及第二选择单元。

请参阅图3及图4，第一选择单元包括多路选择开关U1、第二选择单元包括多路选择开关U2，本实施例中，多路选择开关U1及多路选择开关U2选用的型号均为CD4051，以下以多路选择开关U1为例来进行说明：

多路选择开关U1的第九引脚、第十引脚及第十一引脚为三个选择端，这三个选择端分别与处理器连接；

多路选择开关U1有八个信号输入端，第十三引脚为一个信号输入端，与任一个温度检测单元的电容C3的一端连接，多路选择开关U2的第十三引脚与电容C3的另一端连接；

多路选择开关U1的信号输出端与信号处理模块的输入端连接；

多路选择开关U1的正电源端与正电源V连接，负电源端、接地端及使能端均接地。

采用这种方案，最多可接入8路热电偶，通过三个选择端，可选择输入哪一路热电偶，大大提高了适用性。

请参阅图1，信号处理模块包括信号放大单元及负电源单元。

请参阅图5，信号放大单元包括运算放大器U3、电阻R4及电容C4，本实施例中，运算放大器U3选用了集成高精度热电偶专用芯片AD8495，采用这种芯片，避免了运放电路带来的误差和外部干扰，不需另外进行冷端补偿，避免了冷端补偿电路带来的误差。

运算放大器U3的同相输入端与第一选择单元的输出端连接，反相输入端与第二选择单元的输出端连接，输入的温度检测信号经放大后通过电容C4滤波，输出到第二信号选择模块的输入端。

运算放大器U3的基准电压端与负电源单元的输出端连接，采用这种方案，可以使测量电路在没有负电源电压时能够测量零度以下的温度，大大简化了电路。

请参阅图6，负电源单元包括运算放大器U4，本实施例中，运算放大器U4 选用的型号为LM321。

运算放大器U4组成一个电压跟随器，运算放大器U4的同相输入端与基准电压模块的输出端连接，输出一个高精度的电压。

请参阅图8，基准电压模块包括参考源芯片U7、电容C8及电容C9，参考源芯片U7将输入的正电源V转换为合适的参考电压，并经过电容C8及电容C9 滤波后，为负电源单元、第二信号选择模块及AD转换模块提供高精度的参考电压。本实施例中，参考源芯片U3的型号为REF3012，输出的参考电压为1.25V。

请参阅图7，第二信号选择模块包括多路选择开关U5，本实施例中，多路选择开关U5选用的型号为CD4052。

多路选择开关U5的第九引脚和第十引脚为两个选择端，与处理器的输出端相连接。

多路选择开关U5的第十四引脚和第五引脚为第二组信号输入端，其中，第十四引脚与基准电压模块的输出端连接。

多路选择开关U5的第十五引脚和第二引脚为第二组信号输入端，其中，第十五引脚与信号放大单元的输出端连接。

多路选择开关U5的第十一引脚和第四引脚为第四组信号输入端，其中，第十一引脚、第五引脚、第二引脚及第四引脚均与负电源单元的输出端连接。

多路选择开关U5的第十三引脚和第三引脚为两个信号输出端，与AD转换模块的输入端连接。

采用这种方案，将基准电压模块、负电源单元的输出电压接入第二信号选择模块的输入端，可作为基准对测量零点电压和参考点电压值进行自动零点校准，当检测模块的电路存在漂移误差时，通过比较该电压值的AD变化值，即可算出零点及参考点的漂移量，每次测量都可以进行校对，避免了电路测量漂移误差，无需进行手动的零点校准，省时省力的同时避免了人为误差。

请参阅图9，AD转换模块包括AD转换芯片U6、电容C6、电容C7及晶振 Y1。本实施例中，AD转换芯片U2的型号为CS1180。

AD转换芯片U6的第二引脚为时钟输入端，第三引脚为晶振驱动端，其中，晶振Y1、电容C6及电容C7为AD转换芯片U6提供时钟信号。

AD转换芯片U6的第五引脚为参考电压端，与基准电压模块的输出端连接，确保AD转换芯片U6输出稳定的数字信号。

AD转换芯片U6的第七引脚和第八引脚为两个模拟信号输入端，分别与第二信号选择模块的两个信号输出端连接。

AD转换芯片U6的第十一引脚为片选端、第十二引脚为串行数据输入端、第十三引脚为串行数据输出端、第十四引脚为同步脉冲输入端、第十五引脚为数据准备就绪信号输出端，分别与处理器的各相应引脚连接。

AD转换芯片U6的第十引脚为模拟电源端，第十六引脚为数字电源端，实际使用时，可在模拟电源端或数字电源端与地之间接一个滤波电容，使芯片的工作电源更加平稳。

需要说明的是，本实施例中的处理器采用的型号为MSP430F415，实际使用时，可根据需要选择处理器的型号，此处不再赘述。

本实用新型的一种热电偶测温电路还包括电源模块，电源模块可采用电池供电，输出正电源V，为整个电路提供工作电压。本实施例中，正电源V的电压值为3.6V。

综上所述，本实用新型的一种热电偶测温电路，使用了高集成度、高精度的信号处理模块，避免了运放电路带来的误差和外部干扰，不需另外进行冷端补偿，避免了冷端补偿电路带来的误差；在检测模块的后端采用了第一信号选择模块，在需要多点测温的情况下，可接多路热电偶，适用性大大提高；此外，还采用高精度的基准电压模块为信号处理模块、第二信号选择模块及AD转换模块提供参考电压，不仅提高了测量精度，还可抵消电路偏移引起的误差；本实用新型设计合理，能检测多点温度，且检测的温度精度高，有较好的经济效益及社会效益。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种热电偶测温电路，其特征在于，包括：检测模块、第一信号选择模块、信号处理模块、第二信号选择模块、AD转换模块、基准电压模块及处理器，所述信号处理模块包括信号放大单元及负电源单元；

所述检测模块的输入端与外接的多个热电偶连接，输出端与所述第一信号选择模块的输入端连接，所述第一信号选择模块的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，

所述负电源单元的输入端与所述基准电压模块的输出端连接，输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元、所述负电源单元及所述基准电压模块的输出端分别与所述第二信号选择模块的输入端连接，所述第二信号选择模块的输出端与所述AD转换模块的输入端连接，所述AD转换模块的输入端还与所述基准电压模块的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与所述处理器的输入端连接，

所述处理器还分别与所述第一信号选择模块、所述第二信号选择模块及所述AD转换模块的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的热电偶测温电路，其特征在于：所述检测模块包括多个温度检测单元，各所述温度检测单元的输入端分别与相应的热电偶连接，所述温度检测单元包括连接件J1、多个电阻及多个电容；

连接件J1的输入端与热电偶连接，输出端的第一引脚分别与电阻R2、电容C2及电阻R3的一端连接，第二引脚分别与电阻R1、电容C1的一端连接，电阻R2、电容C2及电容C1的另一端接地，电阻R1的另一端与电容C3的一端连接，电阻R3的另一端与电容C3的另一端连接，电容C3的两端还分别与所述第一信号选择模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的热电偶测温电路，其特征在于：所述第一信号选择模块包括第一选择单元及第二选择单元；

各所述温度检测单元的电容C3的一端与所述第一选择单元的输入端连接，电容C3的另一端与所述第二选择单元的输入端连接；

所述第一选择单元及所述第二选择单元的控制端与所述处理器连接，输出端与所述信号放大单元的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的热电偶测温电路，其特征在于，所述第一选择单元包括多路选择开关U1，所述第二选择单元包括多路选择开关U2；

多路选择开关U1及多路选择开关U2的三个选择端与所述处理器连接，多路选择开关U1的信号输入端与各所述温度检测单元的电容C3的一端连接，多路选择开关U2的信号输入端与各所述温度检测单元的电容C3的另一端连接，多路选择开关U1及多路选择开关U2的信号输出端与所述信号放大单元的输入端连接，

多路选择开关U1及多路选择开关U2的正电源端与正电源V连接，负电源端、接地端及使能端均接地。

5.根据权利要求3所述的热电偶测温电路，其特征在于：所述信号放大单元包括运算放大器U3、电阻R4及电容C4；

运算放大器U3的同相输入端与所述第一选择单元的输出端连接，反相输入端与所述第二选择单元的输出端连接，所述第二选择单元的检测引脚及输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与电容C4的一端及所述第二信号选择模块的一个输入端连接，电容C4的另一端与基准电压端、所述第二信号选择模块的另一个输入端及负电源单元的输出端连接，运算放大器U3的正电源端与正电源V连接，负电源端接地。

6.根据权利要求1所述的热电偶测温电路，其特征在于：所述负电源单元包括运算放大器U4，运算放大器U4的同相输入端与所述基准电压模块的输出端连接，反相输入端与输出端连接后与所述信号放大单元的输入端连接，输出端与负电源端之间串接有电容C5，正电源端与正电源V连接，负电源端接地。

7.根据权利要求1所述的热电偶测温电路，其特征在于：所述基准电压模块包括参考源芯片U7、电容C8及电容C9，参考源芯片U7的电源输入端接正电源V，接地端接地，电源输出端分别与电容C8的正极端及电容C9的一端连接，电容C8的负极端及电容C9的另一端接地，电源输出端还分别与所述负电源单元、所述第二信号选择模块及所述AD转换模块的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的热电偶测温电路，其特征在于：所述第二信号选择模块包括多路选择开关U2；

多路选择开关U1的两个选择端与所述处理器连接，第一组信号输入端分别与所述基准电压模块及所述负电源单元的输出端连接，第二组信号输入端分别与所述信号放大单元及所述负电源单元的输出端连接，第三组信号输入端与所述负电源单元的输出端连接，

多路选择开关U2的两个信号输出端与所述AD转换模块的输入端连接，多路选择开关U2的正电源端与正电源V连接，多路选择开关U2的负电源端、接地端和使能端均接地。

9.根据权利要求1所述的热电偶测温电路，其特征在于：所述AD转换模块包括AD转换芯片U6、电容C6、电容C7及晶振Y1；

电容C6及电容C7的一端接地，电容C6的另一端分别与晶振Y1的一端及AD转换芯片U6的时钟输入端连接，电容C7的另一端分别与晶振Y1的另一端及AD转换芯片U6的晶振驱动端连接，AD转换芯片U6的参考电压端与所述基准电压模块的输出端连接，AD转换芯片U6的两个模拟信号输入端分别与所述第一信号选择模块的两个信号输出端连接，AD转换芯片U6的数字电源端及模拟电源端分别与正电源V连接，AD转换芯片U6的数字接地端及模拟接地端分别接地，AD转换芯片U6的片选端、串行数据输入端、串行数据输出端、同步脉冲输入端及数据准备就绪信号输出端分别与所述处理器的相应引脚连接。

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